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时钟电路的电磁波干扰

2010-05-315540


  时钟展频降低EMI的程度,受调变方式、频率变动比率与调变速率这三个参数影响。展频的调变方式可以有许多种选择,像是线性调变、正弦波调变与Lexmark曲线调变等,目前证实能最有效降低EMI的调变方式,就属Lexmark曲线调变了,如下图4所示。



图4 Lexmark曲线调变之波形

  由图4的范例所示,原始频率为65MHz,展频调变后输出频率分布范围从最低的63.797MHz到最高的66.311MHz,这个例子因基础频率上下展频的比例相等,又称做“中央展频”。请注意Lexmark展频方式,在基础频率附近时,频率的变动较缓和;而在接近最高与最低频率时,频率的变动较剧烈。

  展频的频宽可用时钟的最高频率减去最低频率而得,

  BW = FMAX - FMIN

  而一般会以展频频宽除以原始频率来表示时钟展频的程度,
  BW% = ( BW / FREF ) 100%

  以前例而言,

  BW = 66.311MHz - 63.797MHz = 2.541MHz
  BW% = ( 2.541MHz / 65MHz ) 100% = 3.87%

  这个65MHz的时钟在展频前后EMI的变化,可以使用频谱显示器观察出来,图5中未经展频的时钟在65MHz的附近展现出极窄的频率范围,也较邻近频率带有极高的能量峰值;相比之下,经过展频后的时钟,虽然中央频率仍旧是65MHz,但频率范围较宽,连带使能量平均分布在整个展频频宽当中,使电磁波辐射的强度在65MHz峰值处降低了6.48dB。

  最后一个影响EMI降低值的为展频的调变速率,这个速率是指展频方式重复的频率速度,在图5的Lexmark曲线范例中,调变速率为27.86KHz。一般调变的速度介于20KHz到200KHz之间,若是调变速度低于20KHz,有可能在系统中产生人耳可以听到的脉冲杂音;若调变速度高于200KHz,时钟下游串接的PLL回路即可能因为组件频宽不足,无法锁定时钟频率而使系统失效。


图5 原始频率为65MHz之下展频前后的EMI变化

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